JP2019150768A

JP2019150768A - ガス分離方法

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Publication number: JP2019150768A
Application number: JP2018037893A
Authority: JP
Inventors: たかし原岡; Takashi Haraoka; 伸行紫垣; Nobuyuki Shigaki; 茂木　康弘; Yasuhiro Mogi; 康弘茂木
Original assignee: JFE Steel Corp; Kobe Steel Ltd; Nippon Steel Corp; Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Kobe Steel Ltd; Nippon Steel Corp; Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2038-03-02
Also published as: JP6837023B2

Abstract

【課題】除湿の程度を緩和すると同時に、ＰＳＡとしての性能を維持することを両立するガス分離方法を提案する。【解決手段】水分を含み、かつ少なくとも２種類以上のガス成分からなる混合ガスを吸着剤が充填された吸着塔に導入して、混合ガスに含まれる所定のガス成分を吸着剤に吸着させる所定ガス吸着工程と、吸着塔内の圧力を所定ガス吸着工程に比べて低減させることで吸着剤に吸着した所定のガス成分を脱着させる所定ガス脱着工程とを含む複数の工程から構成されるとともに、吸着剤が、水分に対する所定の温度での吸脱着等温線の測定において気相の水分分圧を増加させて測られる水分吸着等温線と、気相の水分分圧を低減させて測られる水分脱着等温線との間にヒステリシスを有する吸着剤である、混合ガス分離方法において、混合ガス中の水分量を、水分脱着等温線において水分分圧がゼロまで低減させたときの水分吸着量Ｗに相当する、水分吸着等温線における水分分圧以下となるように制御する。【選択図】図８

Description

本発明は、ガス分離方法に関する。

製鉄所においては、コークス炉、高炉、転炉等の設備から副生ガスと呼ばれるガスが発生する。この副生ガスには、水素（以下、「Ｈ₂」とも言う。）、一酸化炭素（以下、「ＣＯ」とも言う。）、メタン（以下、「ＣＨ₄」とも言う。）といった燃料として利用可能な成分のほかに、窒素（以下、「Ｎ₂」とも言う。）、二酸化炭素（以下、「ＣＯ₂」とも言う。）が含有されている。特に、高炉炉頂から排出される高炉ガスは、体積では製鉄所から排出される副生ガスの８割を占めるとともに、製鉄所から排出されるＣＯ₂の約４割がここに含まれている。

最近のＣＯ₂排出削減の要請から、ＣＯ₂を分離回収する技術の開発が多方面で行われており、化学吸収法を筆頭として様々な手法が提案されている。その中でも圧力スイング吸着法（以下、「ＰＳＡ法」とも言う。）は、分離回収に要する動力が比較的小さいこと、化学反応を利用した方法と異なり常温での運転が可能な場合が多いこと、時間当たりで数千Ｎｍ³程度の比較的大規模なガス処理も可能であることから、有用な技術の一つである（例えば、特許文献１参照）。

ＰＳＡ法は、活性炭やゼオライトといった、上記のガス成分に対してそれぞれ異なる吸着性能を有する材料（吸着剤）を充填した吸着塔に、原料ガスを導入することにより、吸着剤に比較的吸着しやすいガス成分（通常複数のガス種である）と、比較的吸着しづらいガス成分（これも通常複数のガス種である）とを分離する方法である。通常は、原料ガスの導入を所定時間行うことによって、原料ガス中の吸着しやすいガス成分を吸着剤に吸着させ（以下、「吸着工程」と言う。）、その後に、上記のガス導入時よりも吸着塔内を減圧することによって吸着したガス成分を脱着させて回収するとともに、吸着剤のガス吸着性能の再生を行うこと（以下、「脱着工程」と言う。）により、ガスの分離操作を繰り返すことが可能となる。

ここで、分離したい原料ガスに含まれるガス成分の吸着剤への吸着性能にあまり差がない場合、例えば同じガス分圧での吸着量が数十倍程度の差しかない場合には、分離されたガスも、先述のように複数種のガス成分を含む混合ガスであることが多い。このため、高炉ガスを活性炭やゼオライトを吸着剤として用いてガス成分毎に分離させると、ＣＯ₂を主成分として、ＣＯやＮ₂も多少含んだガスと、それ以外のガスに分離される。

そのため、吸着工程と脱着工程の間に、脱着工程で得られたＣＯ₂ガス濃度の高いガスの一部を吸着塔に導入して、吸着剤に吸着したＣＯやＮ₂を脱着させることによって、これらの成分を減少させる工程（以下、「洗浄工程」と言う。）を行うこともある。

特許第５０６９０８７号公報

ところで、高炉炉頂から排出された状態の高炉ガスは、ダスト等を含んでいるため、高炉ガスに対して湿式除塵を行ってダスト等を除去している。そのため、除塵された高炉ガスは多量の水分を含んでおり、その湿度はほぼ１００％（露点＝ガスの温度）である。

しかし、吸着剤として、ＣＯ₂に対して高い吸着能力を有するゼオライトを使用する場合、ゼオライトは水分によりＣＯ₂を吸着する能力が低下することが多い。そのため、従来のガス分離方法においては、吸着塔に高炉ガスを導入するに先立って、高度の除湿（例えば、露点：−６０℃）を行っている。

上記高炉ガスの除湿に要する動力は、ガス分離全体に要する動力の比較的大きな割合を占めており、その削減が課題となっている。上述のように、原料ガスの高度な除湿は、ゼオライトが水分を含むことによりＣＯ₂を吸着する能力が低下するのを防止するためである。一方、動力削減のために除湿の程度を低下させ、これによってゼオライトがＣＯ₂を吸着する能力が低下して、脱着ガスのＣＯ₂濃度や量（回収量）、必要動力といったＰＳＡとしての性能が低下するのは好ましくない。

そこで本発明の目的は、除湿の程度を緩和すると同時に、ＰＳＡとしての性能を維持することを両立するガス分離方法を提案することにある。

上記課題を解決する本発明の要旨構成は以下の通りである。すなわち、
（１）水分を含み、かつ、少なくとも２種類以上のガス成分からなる混合ガスを吸着剤が充填された吸着塔に導入して、混合ガスに含まれる所定のガス成分を前記吸着剤に吸着させる所定ガス吸着工程と、吸着塔内の圧力を前記所定ガス吸着工程に比べて低減させることで前記吸着剤に吸着した所定のガス成分を脱着させる所定ガス脱着工程とを含む複数の工程から構成されるとともに、前記吸着剤が、水分に対する所定の温度での吸脱着等温線の測定において気相の水分分圧を増加させて測られる水分吸着等温線と、気相の水分分圧を低減させて測られる水分脱着等温線との間にヒステリシスを有する吸着剤である、混合ガス分離方法において、
前記混合ガス中の水分量を、前記水分脱着等温線において水分分圧がゼロまで低減させたときの水分吸着量に相当する、前記水分吸着等温線における水分分圧以下となるように制御することを特徴とする、混合ガスの分離方法。

（２）前記所定ガス脱着工程における前記吸着塔内の到達圧力の下限値を５ｋＰａとする、前記（１）に記載のガス分離方法。

（３）前記吸着剤はゼオライトである、前記（１）または（２）に記載のガス分離方法。

（４）前記所定ガス吸着工程において、水分の分圧が０．０６ｋＰａ以上０．１６ｋＰａ以下である原料ガスを前記吸着塔に導入する、前記（３）に記載のガス分離方法。

（５）前記所定ガス吸着工程において、水分の分圧が０．０６ｋＰａ以上０．１５ｋＰａ以下である原料ガスを前記吸着塔に導入する、前記（４）に記載のガス分離方法。

本発明によれば、水分を含む原料ガスを、水分によって影響を受ける吸着剤を用いて分離する方法において、所定ガスの分離に対する効率を下げることなく、原料ガス水分の除湿動力を削減することができる。

吸着塔内のガスの圧力と吸着剤へのガス成分の吸着量との関係を示す図である。吸着塔内のガスの圧力と吸着剤へのガス成分の吸着量との関係を示す図である。吸着剤への水分吸着量と吸着剤へのＣＯ₂の吸着量との関係を示す図である。吸着剤への水分吸着量と吸着剤へのＮ₂の吸着量との関係を示す図である。吸着工程におけるガスの圧力を１０１ｋＰａ、脱着工程におけるガスの圧力を０ｋＰａとした場合の、吸着剤への水分吸着量とＣＯ₂およびＮ₂の有効吸着量との関係を示す図である。吸着工程におけるガスの圧力を１０１ｋＰａ、脱着工程におけるガスの圧力を５ｋＰａとした場合の、吸着剤への水分吸着量とＣＯ₂およびＮ₂の有効吸着量との関係を示す図である。吸着剤への水分吸着量と脱着ガスのＣＯ₂濃度および脱着ガスでのＣＯ₂の回収率を示す図である。水分の分圧と吸着剤への水分吸着量との関係を示す図である。実施例に用いたガス分離試験装置を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本発明によるガス分離方法は、水分を含み、かつ、少なくとも２種類以上のガス成分からなる混合ガスを吸着剤が充填された吸着塔に導入して、混合ガスに含まれる所定のガス成分を吸着剤に吸着させる所定ガス吸着工程と、吸着塔内の圧力を上記所定ガス吸着工程に比べて低減させることで吸着剤に吸着した所定のガス成分を脱着させる所定ガス脱着工程とを含む複数の工程から構成されるとともに、上記吸着剤が、水分に対する所定の温度での吸脱着等温線の測定において気相の水分分圧を増加させて測られる水分吸着等温線と、気相の水分分圧を低減させて測られる水分脱着等温線との間にヒステリシスを有する吸着剤である、混合ガス分離方法である。ここで、上記混合ガス中の水分量を、水分脱着等温線において水分分圧がゼロまで低減させたときの水分吸着量に相当する、水分吸着等温線における水分分圧以下となるように制御することを特徴とする。

本発明者らは、ガス分離に要する動力を削減する方途について検討する中で、吸着剤に吸着する水分量がガス分離に与える影響について詳細に調査した。その結果、従来、水分に弱いと考えられていた吸着剤（例えば、ゼオライト）であっても、吸着する水分量を適切に管理することにより、水分の含む原料ガスの除湿の程度を抑えるとともに、ガス分離性能を維持できることを発見した。以下、この発見に至った知見について説明する。

まず、図１はＣＯ₂とＮ₂の各々単成分のガスの圧力と吸着剤（ゼオライト）へのガス成分の吸着量との関係を示している。なお、吸着剤へのガス成分の吸着量は、吸着剤１ｇに対する値である。この図に示すように、吸着剤へのＣＯ₂の吸着量は、０ｋＰａからの圧力の増加とともに急激に増大し、ある程度吸着すると、それ以上に圧力が増加してもＣＯ₂の吸着量はあまり増加しない。こうしたことから、ゼオライトには、ＣＯ₂が吸着しやすいサイト（以下、「強吸着サイト」とも言う。）と、吸着しにくいサイト（以下、「弱吸着サイト」とも言う。）が存在すると考えられる。

これに対して、吸着剤へのＮ₂の吸着量は圧力にほぼ比例して増加し（図４も参照）、またＣＯ₂に比べて極めて小さい。例えば、ガスの圧力が１００ｋＰａの場合には、吸着剤へのＣＯ₂の吸着量は５．５ｍｍｏｌであるのに対して、Ｎ₂の吸着量は０．４ｍｍｏｌである。その結果、吸着工程において、例えば吸着工程における吸着塔内の圧力を１０１ｋＰａまで昇圧してＣＯ₂およびＮ₂を吸着剤に吸着させ、脱着工程において、吸着塔内の圧力を０ｋＰａまで減圧してＣＯ₂およびＮ₂を吸着剤から脱着させると、脱着ガスのＣＯ₂濃度は、単成分の吸着等温線からの単純計算では５．５／（５．５＋０．４）＝９３．２％と想定される。

ところで、脱着工程において、先述のように吸着塔内の圧力を０ｋＰａ近くにまで減圧するためには、極めて多くの動力や時間を要する。そのため、実際のガス分離においては、数ｋＰａ（例えば、５ｋＰａ）までの減圧に留める場合が多い。例えば、吸着工程において１０１ｋＰａの圧力でＣＯ₂およびＮ₂を吸着剤に吸着させ、脱着工程において吸着塔内を５ｋＰａまで減圧してＣＯ₂ガスおよびＮ₂ガスを脱着させる場合には、吸着剤への吸着量は、図２に示すように、ＣＯ₂ガスは２．６ｍｍｏｌ、Ｎ₂ガスは０．４ｍｍｏｌとなる。このような、実際の分離工程で使用される、吸着工程におけるガスの圧力での吸着量と減圧工程におけるガスの圧力での吸着量の差は、「有効吸着量」と呼ばれる。上述の場合、排気された脱着ガスのＣＯ₂濃度は、２．６／（２．６＋０．４）＝８６．７％となる。

ところで、先述したように原料ガスに水分が含まれるとともに、使用される吸着剤がゼオライトのような、いわゆる「水分に弱い」とされる吸着剤を使う場合には、原料ガスを除湿しなくてはならず、その除湿の程度を決めるには吸着剤への水分の影響を確認する必要がある。

図３および図４は、水分を吸着させたゼオライトの、ＣＯ₂およびＮ₂の分圧と吸着量との関係を示している。なお、吸着剤への水分吸着は、乾燥した吸着剤を吸着塔に導入し、吸着塔内に水蒸気を含むガスを導入することで行い、水分吸着前後の重量増の乾燥吸着剤の重量比を水分吸着量とした。

図３および図４から明らかなように、吸着水分量が増加すると、ＣＯ₂およびＮ₂吸着量は減少する。図５は、吸着工程におけるガスの圧力を１０１ｋＰａ、脱着工程におけるガスの圧力を０ｋＰａ（以下、「圧力スイングの圧力範囲が０〜１０１ｋＰａ」とも表記する。）とした場合の、吸着剤への水分吸着量とＣＯ₂およびＮ₂の有効吸着量との関係を示している。この図から明らかなように、ＣＯ₂およびＮ₂のいずれの場合についても、有効吸着量は吸着剤への水分吸着量とともに減少する。

しかしながら、本発明者らが図３に示されたＣＯ₂の吸着量を詳細に検討した結果、脱着工程において吸着塔内の圧力を０ｋＰａまで減圧せず、上述のように、例えば５ｋＰａまでの減圧に留める場合には、ＣＯ₂の有効吸着量は、水分吸着量が増加してもさほど変わらないことが判明した。吸着工程におけるガスの圧力を１０１ｋＰａ、脱着工程におけるガスの圧力を５ｋＰａ（以下、「圧力スイングの圧力範囲が５〜１０１ｋＰａ」とも表記する。）とした場合には、図６に示すように、ＣＯ₂の有効吸着量は水分吸着量が増加しても変化せず、ほぼ一定であるのに対して、Ｎ₂の有効吸着量は、水分吸着量が多いほど少なくなる。

そこで、本発明者らは水分を吸着させた吸着剤を使用してＰＳＡ運転を行い、製鉄所における高炉ガスを模した混合ガスからのガス分離試験を行った。試験の詳細条件は後述する。

図７は、吸着剤への水分吸着量と脱着ガスのＣＯ₂濃度および脱着ガスでのＣＯ₂の回収率を示している。なお、吸着剤としてはゼオライトを使用しており、圧力スイングの圧力範囲は５〜１０１ｋＰａである。この図に示すように、吸着剤への水分吸着量が０ｇ／ｇ−吸着剤超え０．１４ｇ／ｇ−吸着剤までの場合には、吸着剤が水分を含まない場合に比べて、脱着ガスのＣＯ₂濃度が高いことが分かる。また、吸着剤への水分吸着量が０．３ｇ／ｇ−吸着剤以上０．１４ｇ／ｇ−吸着剤までの場合には、脱着ガスのＣＯ₂濃度が９１％を超えるばかりでなく、吸着剤が水分を含まない場合に比べてＣＯ₂の回収率も向上することが分かる。

このように、従来は、ゼオライトに含まれる水分によってＣＯ₂の吸着量が低減するため、ゼオライトに含まれる水分は少ないほどよいと考えられており、原料ガスを高度に除湿していた。しかし、本発明者らの詳細な検討の結果、脱着工程において、吸着塔内の圧力を０ｋＰａまで減圧せず、例えば５ｋＰａまでの減圧に留める場合には、ＣＯ₂の有効吸着量は、水分吸着量が増加しても変化せず、ほぼ一定となること、Ｎ₂の有効吸着量は、水分吸着量の増加とともに減少することが判明した。その結果、水分を含む原料ガスを分離する際に、原料ガスの除湿の程度を適切な範囲で管理することによって、除湿を緩和すると同時に、ＣＯ₂濃度やＣＯ₂の回収率といった分離性能を維持することが可能であると判明したのである。

こうした吸着剤への水分吸着量を適正範囲に管理することにより、ＣＯ₂濃度が向上する機構については、必ずしも明らかではないが、本発明者らは以下のように考えている。すなわち、図８は、気相の水分分圧と吸着剤への水分吸着量との関係（吸脱着曲線）を示している。なお、測定温度は２５℃であり、吸着剤としてはゼオライトを用いた。

図８における水分吸着段階（実線）での水分吸着量を見ると、ＣＯ₂と同様に、水分の圧力の低い領域で吸着量が急増し、水分がある程度吸着すると、圧力を上げても吸着量はあまり増加しないことが分かる。一方、水分脱着段階（点線）での水分吸着量を見ると、水分分圧の高い領域では圧力を下げても吸着量はあまり減少しないが、圧力が０ｋＰａに近くなると急激に減少することが分かる。しかし、圧力が０ｋＰａ近くまで減圧しても、全ての水分が完全に脱着しきらず、吸着剤に残ることが分かる。

本発明者らは、上記水分脱着段階において吸着剤に残った水分こそが、吸着剤の強吸着サイトに吸着した水分ではないかと考えた。この水分はサイトに強く吸着するため、図５における低圧領域でのＣＯ₂吸着を阻害する。一方で、ガス分離操作において圧力スイングの範囲が５〜１０１ｋＰａの場合にはＣＯ₂の吸脱着に使用されるサイトは、前述のようにどちらかと言えば弱吸着サイトと考えられる。すなわち、水分の吸着が強吸着サイトに留まっていれば、５〜１０１ｋＰａでのＣＯ₂の吸脱着に対する影響は少なく、有効吸着量も変化しない結果となったと考えられる。

図８に示した吸脱着等温線においては、水分脱着等温線における０Ｐａ（吸脱着測定装置で使用される真空ポンプの平均的な到達減圧）での水分吸着量Ｗは、吸着剤１ｇに対して０．１４ｇであり、これに対応する、水分吸着等温線の水分分圧Ｐは０．１８ｋＰａである。よって、吸着剤がゼオライトの場合には、吸着工程において、原料ガスに含まれる水分の分圧を０．１８ｋＰａ以下とすることによって、５〜１０１ｋＰａでのＣＯ₂の吸脱着に対する影響は小さくすることができる。

以上、ゼオライトを吸着剤として用いたＣＯ₂の分離を例として説明したが、本発明はこれに限定されず、水分の吸着に対して、図８に示したヒステリシスを示すような吸着剤を用いたガス分離についても拡張できることは明らかである。よって、吸着剤はゼオライトに限定されず、例えば、アルミナ、シリカゲル、活性炭等を用いることができる。原料ガスを高炉ガスのような製鉄所副生ガスとした場合には、吸着剤にはＣＯ₂と他のガスとの吸着量の差が比較的大きいゼオライトを用いることが好ましい。

高炉ガスを原料混合ガスとし、吸着剤にゼオライト（例：Ｎａ−１３Ｘ型ゼオライト）を用いた場合、原料混合ガスを、吸着剤を充填した吸着塔に流通させる前に除湿を行い、ガスに含まれる水分の分圧を０．０１ｋＰａ（露点−４５℃相当）から０．６ｋＰａ（露点０℃相当）の範囲内とするのが好ましい。また、除湿方法は特に指定するものではないが、冷却水等によるガス冷却による凝縮と水分を吸着する剤による吸着による方法の組合せが好適である。分圧が０．０１ｋＰａとする場合には除湿に必要な動力が大きくなる他、より除湿能力の高い除湿装置が必要になる。また、分圧が０．６ｋＰａ以上では、吸着剤に水分の吸着した影響が大きくなり、目的とするＣＯ₂の吸着を阻害してしまう。

除湿した原料混合ガスは吸着剤を充填した吸着塔に流通させ、ＣＯ₂等の成分を吸着させる。この場合の、吸着塔内の圧力は１０１ｋＰａ〜２００ｋＰａが好ましい、圧力が１０１ｋＰａより低い場合には吸着剤へのＣＯ₂吸着が減少し効率が低下する。一方、２００ｋＰａを超えて圧力を挙げても必要な動力が増える割にはＣＯ₂の吸着量はあまり増えない。

吸着剤に吸着したＣＯ₂を脱着させるには、真空ポンプ等の排気手段を使用して吸着塔内の圧力を減圧する。減圧の到達圧力は５ｋＰａから２０ｋＰａの範囲が好ましい。到達圧力を５ｋＰａより低くすると動力がより多く必要になる。一方で２０ｋＰａに達しない場合にはＣＯ₂の脱着量が少なくなり、効率的でない。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に何ら限定されない。

（発明例１〜５）
図９に示したガス分離試験装置を用い、高炉ガスを模した模擬高炉ガスからＣＯ₂ガスを分離して回収する試験を行った。具体的には、まず、ガス分離試験装置の吸着塔１６０に、吸着剤（ＮａＸ型ゼオライト、東ソー（株）製、商品名：ゼオラム）を１００ｇ充填した。次いで、窒素ガスボンベ１１４からのガスを２つに分岐し、一方のガスを温度制御されたウォーターバス１３０の温浴中に置かれた洗浄ビン１４０中のイオン交換水（図示せず）中でバブリングさせ、湿分を付加させた。この湿分を付加した窒素ガスと、バブリングさせていない乾燥窒素ガスとを混合して、流量調整計１２４および１２５により加湿窒素ガスの水分を調整して吸着塔１６０に流通させ、吸着剤に水分を吸着させた。吸着剤への水分吸着量は、吸着剤１ｇ当たり、０．０３ｇ（発明例１）、０．０６ｇ（発明例２）、０．０９ｇ（発明例３）、０．１２ｇ（発明例４）、０．１４ｇ（発明例５）とした。

続いて、水素ガスボンベ１１１、一酸化炭素ガスボンベ１１２、炭酸ガスボンベおよび窒素ガスボンベ１１４に接続された流量調節計１２１〜１２４により、高炉ガスを模した模擬高炉ガスを調製した。この模擬高炉ガスの組成は、水分を除いて、ＣＯ₂：２２体積％、ＣＯ：２３体積％、Ｎ₂：５２体積％、Ｈ₂：３体積％とした。模擬高炉ガスは、自動弁１５１、１５２を通して吸着塔１０に充填された吸着剤に通気した。その際、模擬高炉ガスの流量は８ＮＬ／分、背圧弁１７０の設定は１５０ｋＰａとし、吸着剤に吸着されなかったガス（オフガス）は、自動弁１５４、背圧弁１７０を通って、ガス捕集・分析装置（図示せず）に送られた。

模擬高炉ガスを１００秒間通気後、自動弁１５２、１５４を一旦閉じ、自動弁１５２を通して、真空ポンプ１８０によって、吸着塔１６０内を減圧時間１００秒で減圧し、吸着剤に吸着したガスを脱着させた。その際、減圧時の吸着塔内の到達圧力は６ｋＰａとした。脱着ガスは、吸着塔１６０から排気され、ガス捕集・分析装置（図示せず）に送られた。

上記加湿ガス通気と真空ポンプによる減圧を一定時間毎に繰り返し、脱着ガスのＣＯ₂濃度および脱着ガスでのＣＯ₂の回収率を分析した。得られた結果を表１に示す。また、分析された脱着ガスのＣＯ₂濃度および脱着ガスでのＣＯ₂の回収率を図示すると、図７に示した通りである。

（比較例１および２）
発明例１と同様に、図９に示したガス分離試験装置を用い、高炉ガスを模した模擬ガスからＣＯ₂ガスを分離して回収した。ただし、吸着剤への水分吸着量を、水分を吸着させない場合（比較例１）、および、水分吸着量を、吸着剤１ｇ当たり０．１５ｇ（比較例２）とした。その他の条件は発明例１と全て同じである。脱着ガスのＣＯ₂濃度および脱着ガスでのＣＯ₂の回収率を分析した。得られた結果を表１に示す。また、分析された脱着ガスのＣＯ₂濃度および脱着ガスでのＣＯ₂の回収率を図示すると、図７に示した通りである。

＜脱着ガスのＣＯ₂濃度およびＣＯ₂回収率の評価＞
表１および図７から明らかなように、発明例１〜５の全てについて、脱着ガスのＣＯ₂濃度は比較例よりも高かった。また、発明例１〜４については、脱着ガスでのＣＯ₂の回収率についても比較例１および２よりも高かった。この結果から、吸着剤の水分吸着量が吸着剤１ｇ当たり０．１４ｇ（水分分圧で０．１８ｋＰａ＝露点で−１５℃）を超えないように原料混合ガスの水分を制御すればＣＯ₂の分離性能としては問題ないことが分かった。

本発明によれば、原料ガスから特定のガス成分を分離して回収する際に、動力を削減することができるため、製鉄業において有用である。

１１１水素ガスボンベ
１１２一酸化炭素ガスボンベ
１１３炭酸ガスボンベ
１１４窒素ガスボンベ
１２１〜１２５流量調節計
１３０ウォーターバス
１４０洗浄ビン
１５１〜１５４自動弁
１６０吸着塔
１７０背圧弁
１８０真空ポンプ

Claims

水分を含み、かつ、少なくとも２種類以上のガス成分からなる混合ガスを吸着剤が充填された吸着塔に導入して、混合ガスに含まれる所定のガス成分を前記吸着剤に吸着させる所定ガス吸着工程と、吸着塔内の圧力を前記所定ガス吸着工程に比べて低減させることで前記吸着剤に吸着した所定のガス成分を脱着させる所定ガス脱着工程とを含む複数の工程から構成されるとともに、前記吸着剤が、水分に対する所定の温度での吸脱着等温線の測定において気相の水分分圧を増加させて測られる水分吸着等温線と、気相の水分分圧を低減させて測られる水分脱着等温線との間にヒステリシスを有する吸着剤である、混合ガス分離方法において、
前記混合ガス中の水分量を、前記水分脱着等温線において水分分圧がゼロまで低減させたときの水分吸着量に相当する、前記水分吸着等温線における水分分圧以下となるように制御することを特徴とする、混合ガスの分離方法。
前記所定ガス脱着工程における前記吸着塔内の到達圧力の下限値を５ｋＰａとする、請求項１に記載のガス分離方法。
前記吸着剤はゼオライトである、請求項１または２に記載のガス分離方法。
前記吸着工程において、水分の分圧を０．０６ｋＰａ以上０．１６ｋＰａ以下である原料ガスを前記吸着塔に導入する、請求項３に記載のガス分離方法。
前記吸着工程において、水分の分圧が０．０６ｋＰａ以上０．１５ｋＰａ以下である原料ガスを前記吸着塔に導入する、請求項４に記載のガス分離方法。